Russian Federation
Russian Federation
Saratov, Russian Federation
Astrakhan, Russian Federation
New information on the rational organization of the drying process of minced meat for the production of dry fish-growing food concentrate based on regional raw materials of the Republic of Sierra Leone, obtained during experimental and analytical studies, is presented. The use of sardinella fillets with the addition of corn flour and crushed okra and carrots is justified as a raw material for the production of dry fish-growing food concentrate. Taking into account the insufficient industrial development, the lack of food machinery and the limited use of energy resources for industrial production in the Republic of Sierra Leone, it is advisable to consider convective drying as the basic and easiest way to implement the dewatering stage of minced fish. The process of convective drying of minced fish is investigated and the patterns of its occurrence are analyzed. The results of comprehensive research can be used for scientific analysis of the dynamics of heat and mass transfer processes, their modeling, automation and optimization for the purpose of energy and resource conservation, as well as in the design of drying equipment. The mathematical formulation and solution of the problem of rationalizing the drying process during convective drying of minced fish are presented. To calculate the rational parameters of the drying process during operation, commissioning and design of drying equipment, functional dependences of the specific productivity of the dryer and the specific moisture stress of the working surface of the drying chamber on the influencing parameters have been established. To implement the developed modes in industrial enterprises, when organizing the production of dry fish-growing food concentrate, depending on the productivity of the enterprise, convective conveyor dryers or drying cabinets must be used.
minced fish, convective drying, drying chamber performance, food concentrate
Введение
Современные тенденции и направления организации питания в Республике Сьерра-Леоне свидетельствуют о необходимости создания новых продуктов питания, которые не только удовлетворяют потребности организма в необходимых питательных веществах, но и будут оказывать положительное влияние на здоровье. Востребованными пищевыми продуктами являются концентраты, изготовленные из рыбного и растительного сырья.
Анализируя современные тенденции в пищевой промышленности, нельзя не отметить растущую роль рыбоперерабатывающей отрасли. Рыбопродукция все чаще рассматривается как основа для создания сбалансированного рациона, отвечающего современным требованиям здорового питания [1]. Согласно статистическим данным, за последние годы во всем мире в рационе питания человека потребление рыбы и морепродуктов стабильно растет, замещая традиционные мясные продукты.
Для расширения ассортимента рыбных продуктов и повышения их пищевой ценности активно используются технологии комбинирования рыбного сырья с растительным [2, 3]. Введение овощных наполнителей позволяет не только улучшить вкусовые качества готовых изделий, но и создать продукты с различными функциональными свойствами.
С учетом недостаточного индустриального развития, отсутствия пищевого машиностроения и ограниченности использования для промышленных производств энергетических ресурсов в Республике Сьерра-Леоне, целесообразно рассматривать конвективную сушку как базовый и наиболее простой в организации вариант реализации стадии обезвоживания рыборастительного фарша. Правильный подбор оборудования и рациональных режимных параметров процесса позволяет получить продукт с оптимальными характеристиками [4].
Целью данного исследования является разработка оптимальных режимов конвективной сушки рыборастительного фарша для создания нового функционального продукта питания, отвечающего потребностям населения Республики Сьерра-Леоне.
Объекты и методы исследований
С целью организации промышленного производства сухого рыборастительного концентрата были проведены исследования, направленные на изучение процесса конвективной сушки и диапазонов варьирования параметров, влияющих на удельную производительность промышленных сушильных установок для интенсификации процесса.
На рис. 1 представлена разработанная рецептура рыборастительного фарша, специально созданная для производства пищевого концентрата.
Рис. 1. Рецептура рыборастительного фарша для производства пищевого концентрата [5]
Fig. 1. Formulation of minced fish for the production of food concentrate [5]
Для изучения кинетики сушки был использован сушильный шкаф ПЭ-4610. В качестве образцов выступал рыборастительный фарш, изготовленный из филе сардинеллы, кукурузной муки, измельченной бамии и моркови (сырье из Сьерра-Леоне) согласно технологической инструкции 9268-065-00471704-2023. Начальная влажность фарша составляла 75 кг/кг. Высушивание фарша осуществлялось до влажности Wк ≤ 0,05 кг/кг, которая обоснована при исследовании гигроскопических характеристик рыборастительного фарша.
Для оптимизации процесса сушки рыборастительного фарша, опираясь на результаты исследований [6–9], в качестве критерия оптимизации была выбрана удельная производительность сушильной установки по сухому продукту (P). Этот показатель отражает массу готового продукта с влажностью 0,05 кг/кг, получаемую с единицы площади рабочей поверхности за час:
где M – масса высушенного материала, кг; S – площадь рабочей поверхности сушилки, м2; τ – время сушки, ч.
Чтобы оценить эффективность и целесообразность различных режимов сушки рыборастительного фарша, была исследована зависимость влагонапряженности от таких параметров, как температура сушильного агента, скорость воздуха и толщина слоя материала. Влагонапряженность В, кг/(м²·ч), характеризующая интенсивность процесса сушки:
,
где П – производительность по исходному материалу (рыборастительный фарш), кг/ч; Wн – начальная влажность, кг/кг; Wк – конечная влажность, кг/кг.
Для проведения экспериментальных исследований сушки рыборастительного фарша были выбраны следующие режимные параметры:
– характеристики рыборастительного фарша: начальная влажность Wн = 0,75 кг/кг и исходная температура Тпрод = 278 ± 5 К;
– характеристики высушенного продукта: конечная влажность Wк ≤ 0,05 кг/кг, температура 323–328 К;
– исходная толщина слоя высушиваемого продукта Н = 4–6 мм (уровни варьирования: 4–6 мм);
– конвективный энергоподвод реализуется за счет подачи в сушильную камеру нагретого воздуха с исходной температурой Тс.а = 333–373 К (исходный сушильный агент) при удельном расходе воздуха Qс.а ≥ 40 кг/кг на 1 кг испаренной влаги (уровни варьирования: 333, 353, 373 К), температура отработавшего сушильного агента – воздуха на выходе сушильной установки – 323–333 К.
– время сушки (длительность рабочего цикла) составляет τс = 110–200 мин;
– режим работы – автоматический.
Результаты и обсуждение
Результаты экспериментального определения времени сушки τс по кривым сушки до влажности Wк = 0,05 кг/кг и численные значения рассчитанных параметров процесса сушки представлены в таблице.
Технологические параметры процесса сушки рыбного фарша
Technological parameters of the minced fish drying process
|
№ эксперимента |
Тс.а, К |
Н, мм |
τс, мин |
τс, ч |
М, кг |
П, кг/(м2·ч) |
В, кг/(м2·ч) |
Р, кг/(м2·ч) |
|
1 |
333 |
4 |
140 |
2,333 |
3,8 |
1,000 |
0,571 |
0,428571 |
|
2 |
353 |
125 |
2,0833 |
0,520 |
0,48 |
|||
|
3 |
373 |
105 |
1,75 |
0,429 |
0,571429 |
|||
|
4 |
333 |
5 |
165 |
2,75 |
4,75 |
1,250 |
0,795 |
0,454545 |
|
5 |
353 |
140 |
2,333 |
0,714 |
0,535714 |
|||
|
6 |
373 |
120 |
2 |
0,625 |
0,625 |
|||
|
7 |
333 |
6 |
195 |
3,25 |
5,7 |
1,500 |
1,038 |
0,461538 |
|
8 |
353 |
170 |
2,833 |
0,971 |
0,529412 |
|||
|
9 |
373 |
150 |
2,5 |
0,900 |
0,6 |
Установлены эмпирические аппроксимирующие функциональные зависимости удельных производительности и влагонапряженности рабочей поверхности сушильной камеры от влияющих параметров, а также для анализа построены поля значений данных параметров процесса (рис. 2, 3):
Рис. 2. Область значений удельной производительности рабочей поверхности сушильной камеры
по высушенному продукту
Fig. 2. The range of values of the specific productivity of the working surface of the drying chamber
for the dried product
Рис. 3. Область значений влагонапряженности рабочей поверхности сушильной камеры
Fig. 3. The range of moisture stress values of the working surface of the drying chamber
Анализ полученных данных свидетельствует о том, что повышение температуры сушильного агента Тс.а оказывает положительное влияние на скорость удаления влаги из рыборастительного фарша, что, в свою очередь, ведет к увеличению производительности процесса P (см. рис. 2, 3). Экспериментально установлено, что варьирование температуры сушильного агента в пределах 333–373 К при начальной температуре продукта 278 ± 5 К обеспечивает получение сухого продукта требуемого качества с производительностью, соответствующей промышленным установкам. Перегрев материала исключается.
Увеличение начальной толщины слоя материала (H = 4–6 мм) приводит к увеличению площади контакта материала с теплоносителем, что способствует интенсификации процесса сушки и, как следствие, росту производительности P. Анализ результатов предварительных экспериментов показал, что толщина слоя фарша оказывает существенное влияние на качество конечного продукта. Для предотвращения нежелательных эффектов, таких как подгорание, был определен оптимальный диапазон толщины слоя, в пределах которого обеспечиваются равномерная сушка и высокое качество продукта.
На основе выполненных исследований и с использованием полученных аппроксимирующих зависимостей (2) и (3) установлено, что внедрение разработанных режимов сушки позволит существенно увеличить количество производимого сухого продукта с единицы площади сушильной камеры: Р = 0,423–0,625 кг/(м2·ч); удельная влагонапряженность рабочей поверхности сушильной камеры В = 0,429–1,038 кг/(м2·ч); удельная производительность по исходному рыборастительному фаршу, подаваемого в зону сушки, П = 1–1,5 кг/(м3·ч).
Установленные зависимости (1)–(3) позволяют оперативно определять производительность технологических промышленных установок для сушки рыборастительного фарша при изменении технологических режимов на производстве.
Высокая гигроскопичность сухого рыборастительного концентрата обуславливает необходимость разработки специальных технологических решений для фасовки, упаковки и транспортировки с целью предотвращения поглощения влаги из окружающей среды.
С целью предотвращения поглощения влаги из воздуха и сохранения качества продукта измельченный сухой концентрат необходимо упаковывать в герметичные контейнеры и хранить в складских помещениях с контролируемыми параметрами микроклимата.
Заключение
Целью данного исследования была разработка оптимальных режимов конвективной сушки рыборастительного фарша для создания нового функционального продукта питания, отвечающего потребностям населения Республики Сьерра-Леоне. В результате проведенных исследований определены оптимальные параметры процесса сушки, установлены значения температуры, скорости воздушного потока и толщины слоя материала, обеспечивающие максимальную производительность и высокое качество конечного продукта, разработаны математические модели, определены требования к упаковке и хранению. Полученные результаты открывают перспективы для создания новых видов пищевых продуктов на основе рыбного и растительного сырья, адаптированных к потребностям населения Сьерра-Леоне. Разработанные режимы сушки могут быть использованы для организации промышленного производства сухих рыборастительных концентратов.
1. Abramova L. S. Polikomponentnye produkty pitaniya na osnove rybnogo syr'ya [Polycomponent food products based on fish raw materials]. Moscow, Izd-vo VNIRO, 2005. 175 p.
2. Grigorenko S. P., Eksuz'yan T. N. Ryborastitel'nye farshi kak mnogofunkcional'nye produkty pitaniya [Fish-growing minced meat as multifunctional food products]. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Pishchevaya tekhnologiya, 2004, no. 2-3 (279-280), pp. 126-127.
3. Dryahlov A. O. Formirovanie uluchshennyh po-trebitel'skih svojstv ryborastitel'nyh farshej i kulinarnyh izdelij na ih osnove. Dissertaciya … kand. tekhn. nauk [Formation of improved consumer properties of minced fish and culinary products based on them. Dissertation ... Candidate of Technical Sciences]. Moscow, 2013. 213 p.
4. Aleksanyan I. Yu. Razvitie nauchnyh osnov processov vysokointensivnoj sushki produktov zhivotnogo i rasti-tel'nogo proiskhozhdeniya. Dissertaciya … d-ra tekhn. nauk [Development of the scientific foundations of the processes of high-intensity drying of animal and vegetable products. Dissertation ... Doctor of Technical Sciences]. Astrahan', 2001. 266 p.
5. Zolotokopova S. V., Koroma I. V., Nevalennaya A. A., Mironov A. I. Vliyanie rastitel'nyh ingredientov na kachestvo suhih ryborastitel'nyh pishchevyh koncentratov [The effect of herbal ingredients on the quality of dry fish-growing food concentrates]. Vestnik Voronezhskogo gosu-darstvennogo universiteta inzhenernyh tekhnologij, 2024, vol. 86, no. 1 (99), pp. 207-211. DOI:https://doi.org/10.20914/2310-1202-2024-1-207-211.
6. Cibizova M. E., Aver'yanova N. D., Yazenkova D. S. Vliyanie predvaritel'noj tekhnologicheskoj obrabotki na strukturno-mekhanicheskie harakteristiki farshevyh sistem iz rybnogo syr'ya [The effect of pre-processing on the structural and mechanical characteristics of minced fish systems]. Vestnik Astrahanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriya: Rybnoe hozyajstvo, 2010, no. 1, pp. 168-175.
7. Aleksanyan A. I. Sovershenstvovanie processov polucheniya zamorozhennyh rybnyh farshevyh granulirovannyh smesej: dissertaciya na soiskanie uchenoj stepeni kandidata tekhnicheskih nauk [Improvement of processes for obtaining frozen minced fish granulated mixtures. Dissertation for the degree of Candidate of Technical Sciences]. Astrakhan, 2018. 215 p.
8. Nugmanov A. H. H., Maksimenko Yu. A., Aleksanyan A. I., Aleksanyan O. A. Issledovanie fiziko-himicheskih svojstv rybnyh farshej, suhih rastitel'nyh premiksov i ih smesej [Investigation of physico-chemical properties of minced fish, dried vegetable premixes and their mixtures]. Vestnik Astrahanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriya: Rybnoe hozyajstvo, 2018, no. 2, pp. 135-148. DOI:https://doi.org/10.24143/2073-5529-2018-2-135-148.
9. Shokun Yu. G. Razrabotka osnov racional'noj sushki rybnyh farshej pri proizvodstve pishchevoj krupki. Dissertaciya … kand. tekhn. nauk [Development of the basics of rational drying of minced fish in the production of food grains. Dissertation ... Candidate of Technical Sciences]. Vladivostok, 1983. 185 p.
